9402運輸順槽底鼓防治技術試驗研究

侯艷峰

（山西蘭花科技創業股份有限公司朔州分公司，山西 朔州 036899）

現階段我國東部及中部地區淺部煤炭資源已基本回采殆盡，已進入深部開采，而西部的山西、內蒙古、陜西以及新疆等礦區采深以8～12 m/a速度向下延伸，部分礦井現階段開采深度已超過600 m［1-2］。隨著礦井采掘深度增加，巷道圍巖也由低應力向高應力狀態轉變。在高應力作用下巷道底板軟弱時容易出現底鼓，從而給巷道正常使用帶來制約。目前常用的底鼓防治技術有加固法、臥底法以及卸壓法等［3-5］。其中加固法以底板注漿、底板錨桿加固等為主要措施，雖然可在一定程度上抑制底鼓發生，但是也存在投資大、材料消耗量高以及施工難度大等問題；臥底法適用底鼓的短時治理，后期底鼓容易反復發生，同時需要消耗較多的人力及物力資源；卸壓法適用松動爆破、切縫等方式降低底板巖層應力集中程度，但是反復適用時會增加圍巖塑形區范圍，導致巷幫、頂板變形量加劇［6-8］。為此，文中以9402運輸順槽為工程背景，針對上覆采空區煤柱應力集中導致底鼓問題，結合加固法及卸壓法對底鼓進行防治，現場取得較好的底鼓治理效果。

1 工程概況

9402運輸順槽掘進工作面位于四采區膠帶巷東側，北部為總回風巷，南部為實體，方位角112°18′。9402運輸順槽為矩形斷面（寬×高=4 600 mm×3 300 mm），沿9#煤層頂板掘進，埋深平均443 m，采用錨網索聯合支護。巷道直接頂板為1.3～2.0 m厚泥巖；老頂為1.80～15.06 m 厚K3中粗粒砂巖；底板為炭質泥巖、泥巖等。

9#煤層與上覆4#煤層層間距平均7 m，9402運輸順槽與上覆的4#煤層4402、4103 采空區煤柱（煤柱寬度30 m）水平錯距為10 m，具體位置關系見圖1。

圖1 9402運輸順槽掘位置

受到上覆煤柱及采空區影響，9402運輸順槽圍巖變形嚴重，底板出現明顯的非對稱底鼓顯現，最大底鼓量達到750 mm。9402運輸順槽靠近上覆4#煤層煤柱側頂板、巷幫變形量較大；而位于采空區側巷幫未出現明顯的變形。為此，為了控制巷道圍巖變形，提出采用單體支柱、π型鋼梁對圍巖進行補強加固，具體加固后現場圍巖變形情況見圖2。

圖2 運輸順槽超前支護段圍巖變形情況

從圖中看出，9402運輸順槽頂板在靠近煤柱幫、底板在靠近采空區幫變形嚴重，總體來說巷道圍巖變形量較為嚴重，圍巖變形呈現明顯的非對稱特征。對于巷道頂板可采取增加單體支護密度方式進行控制，但是由于巷道靠近采空區幫位置布置有帶式輸送機，因此需要采取針對性措施對底鼓進行治理。

2 底鼓防治技術

9402運輸順槽圍巖變形呈現明顯的非對稱性，主要是由于靠近煤柱側巷幫及底板內應力明顯高于靠近采空區側。根據現場圍巖變形特征，綜合使用鉆孔卸壓法及鉆孔注漿加固法對巷道底鼓進行治理。具體措施為：在靠近煤柱側底板采用鉆孔卸壓方法將圍巖應力轉移到深部，從而改善圍巖受力環境；在靠近采空區側底鼓量較大、應力相對較小，采用鉆孔注漿加固方法控制圍巖變形。

由于靠近采空區側布置了帶式輸送機，為便于鉆孔施工，在巷道中心位置向底板布置1 排加固鉆孔，鉆孔傾角為45°、鉆孔深度為5.0 m，注漿鉆孔孔徑為42 mm，采用錨桿鉆機即可施工。底板加固位置采用水泥單液漿進行加固，加固壓力設計為5 MPa；卸壓鉆孔待加固鉆孔施工且注漿完畢后開始施工。在靠近煤柱幫垂直底板施工1 排卸壓鉆孔，為了兼顧鉆孔卸壓效果以及鉆孔施工難度，將卸壓鉆孔孔徑設計為直徑73 mm、孔深為2 500 mm；卸壓鉆孔以及加固鉆孔間距均為3.0 m，具體布置見圖3。

圖3 卸壓及加固鉆孔布置

3 底鼓防治效果分析

為掌握底鼓控制效果，在超前采面300 m 范圍內布置測站對底鼓變形量進行監測，具體測點布置見圖4。布置的測站中1～2 號測站、3～4 號測站分別監測采動影響范圍內、外的巷道底鼓變形情況，且1 號測站及3 號測站位置實施底鼓防治措施、2 號及4 號測站位置未實施。具體1～4 號測站監測結果見圖5。

圖4 測站布置

圖5 1～4 號測站監測結果

從監測結果看出，當巷道受到回采影響時巷道底鼓變形量呈明顯增加趨勢，但是對底板實施底鼓防治措施后底板底鼓量明顯更小，最大變形量控制在165 mm，巷道底鼓量可滿足巷道后續使用需要；當巷道不受采動影響時底鼓變形量隨著時間增加而增大，對底板底鼓進行防治后巷道底板變形量較小，且在措施實施20 d 后底鼓變形量基本趨于穩定，最大底鼓量控制在82 mm 以內。

4 結論

1）受到上覆4#煤層護巷煤柱應力集中影響，9402運輸順槽位于拉伸破壞、剪切破壞交集位置，加之巷道底板炭質泥巖、泥巖本身強度較低，從而使得巷道底板及頂板呈現明顯的非對稱變形。根據巷道底板變形特點，提出綜合鉆孔卸壓法及鉆孔注漿加固法對底板巖層變形進行控制。

2）在9402運輸順槽靠近煤柱側采用鉆孔卸壓法將圍巖高應力向深部轉移，從而改善巷道受力環境；在靠近采空區側底板內應力較小但是底鼓量較大，為此采用鉆孔注漿加固方法控制底板變形。

3）底鼓防治技術現場應用后，當巷道位于采動影響外區域時巷道底鼓量顯著減少且隨時間增

加底鼓變形量趨于穩定；當巷道位于采動影響區

內時采取底鼓治理措施后底鼓量較未采取措施減少1/2，取得較好底鼓防治效果。